高中物理实验教学中天平砝码组优化组合运用探析

夏晓东+徐传洋+苏浩

摘 要 对高中物理实验教学的意义和作用、高中物理实验教学中天平砝码组组合优化的思路及运用实例分析三个方面做出详细研究，为优化高中物理实验教学中天平砝码的组合提供可参考依据。

关键词 高中物理；实验教学；天平砝码；天平；实验器材

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）01-0095-03

1 前言

从初中物理教学开始，天平就已成为常见的实验器材，在多项实验操作中都得到广泛应用。其中在物理天平中，砝码作为重要的附件，通过反复使用，能够将各种物体的质量准确地测量出来。而在实际测量应用中，砝码使用频率大小、使用个数多少，都会对测量的快慢产生直接影响，因此，在实际应用中还需要进一步研究和分析如何优化砝码组合方式[1]。

在传统的砝码组当中，千克砝码为质量单位的基准器，如果仅仅使用一个千克砝码，不同的物质质量就不能准确地衡量出来，因此需要一套质量大小不同的砝码，也就是所谓的砝码组。在利用砝码测量物体质量的时候，所遵循的原则就是利用最少的个数来测量出物体的质量。一般按照量限的不同，砝码组可以具体分为毫克组、克组以及千克组三种类型。并且物理天平中组合基准砝码的标准为“1、2、2、5”，通过自由组合，就能够得出1～10范围内的任何一个数值[2]。

2 高中物理实验教学的意义和作用

高中物理知识由于理论性和逻辑性比较强，学生在学习和理解上必然会存在一定的难度，特别是在实验教学中，由于较为复杂，导致教学质量不高。因此，在高中物理教学中，教师需要提高对实验教学的重视，并积极地改进和优化教学模式，引导学生更加积极、主动地参与实验活动。虽然在初中阶段学生已经接触到部分物理知识，但与高中物理知识相比，过于浅显、简单，导致学生一时之间难以很好地过渡。实验教学作为一种教学手段，主要是让学生通过自己动手操作，用具体的形式表现出课本中的抽象理论知识，在形成视觉冲击的同时，能够产生直接感受。

物理实验教学的作用主要体现在两个方面：一方面是能够将抽象的理论知识具体化、形象化，帮助学生更好地理解理论知识；另一方面是在实验过程中，学生可以根据实验现象联想到自己日常生活中看到的实际情况，这也能从一定程度上促进学生更好地分析实验过程。由此可以看出，在高中物理教学中加强实验教学还是有必要的，学生通过自己动手操作，能够更好地理解物理知识，增强动手操作能力，对提高综合素质与能力具有重要的意义和作用。

3 在高中物理实验教学中优化天平砝码组组合的意义

改变传统的天平砝码实验教学观念 教师需要按照高中物理实验教学目标，不断提高自身的综合素质与教学水平，增强物理实验操作能力，并且在教学条件允许的基础上，尽可能地在物理实验教学中增加资金投入，提高软硬件条件，促进实验资源进一步优化。这样一来不仅能够保证高中物理实验教学更好地开展，学生的实验操作能力也会有所提升[3]。通过硬件设备条件的优化，学生在进行天平砝码实验时就能够更加积极、主动，同时能够更加深刻地认识到实验的重要性，转变学习思维，主动参与实验教学。学生在这一过程中能够学习到更多的知识，对相关理论知识能够深入了解，并增强实践操作技能。

改进天平砝码演示实验 在具体物理实验教学中，教师首先需要保证自己的实验操作演示方式的正确性，并优化处理实验仪器，促进实验教学有效性的提高。而且对于部分学生来说，在学习过程中还存在死记硬背现象，时间一长就很容易忘记定律公式，学习效率比较低。因此，在天平砝码演示实验中，教师应该改进和优化整个过程，鼓励并邀请学生积极参与实验操作，一起观测实验现象，分析实验过程[4]。在这种教学模式下，一方面，教师与学生之间的互动大大增加，构建良好的师生关系；另一方面，学生在亲自实验操作后，能够更加深入地理解相关定律公式，深入思考物理知识，进而从根本上提高高中物理实验教学水平和质量。

提高学生的动手能力 高中物理教学的目标除了需要让学生掌握相应的物理理论知识以外，还需要注重对学生实验操作能力的提升，增强学生的逻辑思维能力。通过优化天平砝码组合，不仅能够扩大学生的思考范围，而且能够引导学生形成创新思维，对后期的学习和成长都具有重要的意义和作用[5]。

4 高中物理实验教学中天平砝码组优化组合运用实例分析

一直以来，天平都始终作为经典、完美的仪器，已经受到人们的普遍认可。但是在物理实验教学实际应用中，有学生发现一个新的问题，也可以看作该生对天平砝碼组新的见解。在某节物理课中，笔者向学生提出这样一个问

题：“我们在实验中一直使用的天平，你们能够找出它存在的缺点吗？”作为一个开放性的问题，每一位学生都积极地发表自己的意见和看法，有的学生认为：“虽然利用天平能够得出十分精准的答案，但是调节过程太麻烦，如果能够发明出自动调节平衡装置就好了。”有的学生认为：“天平的外形是固定的，在为固体称重的时候很容易，但如果需要测量液体的话，就比较麻烦，如果左侧的托盘能够换成托杯就方便多了。”其中有位学生提出：“我认为天平中砝码的组合数值并不是十分合理，如果能用‘1、2、4、8代替原来的‘1、2、2、5就好了。”这个想法十分新颖，笔者就问：“为什么换成‘1、2、4、8更加合理呢？”他回答说：“因为这样能够测量的范围得到扩大，同时整体操作也更加简单。”以下是该生的想法和思考过程。

之前在教学的过程中向学生说过，天平中的砝码和人民币面值、拔插式电阻箱数值一样，都是采用“1、2、2、5”组合的，根据这四个数，就能够将1～10中的数值表示出来，具体如表1所示[6]。

在实际应用过程中，由于操作比较麻烦，这位学生就考虑为什么必须用这四个数进行组合呢？如果用其他的数字，是不是也能组合出来呢？然后他就用其他数字组合进行尝试，最终得出用“1、2、4、8”这四个数也能够自由组合出1～10的数值，甚至可以将11～15表达出来。这样如果带入天平砝码中就会出现这种情况：虽然也是四个码，但是能够测量的物体重量增加了50%，这也就表示天平的使用范围得到扩大。然后这位学生就找出自己原来使用的天平砝码，将5 g的砝码改成4 g，将10 g的砝码改成8 g，进而得到一组新的砝码用具。endprint

他在不断的尝试过程中发现，如果想利用所选取的数值进行组合，最终得出的数值是前后连续的，那么所选用的数值就需要等于前面已选数值之和，再加上1就行了。比如：已经选择的数值为1和2，要想得出后面的数值，只需要将1+2+1即可，得出4，這表示1和2后面再选取的数值就是4；再将1+2+4+1=8，即4后面所选取的数值为8。根据这一推算规律，在十位数值中所选取的就是10、20、40、80。这样一来，改进后的八个砝码的总和为165，要远大于原来的110[7]。表2为根据“1、2、4、8”表示1～15的数值。

通过比较表1和表2可以看出，天平砝码在优化组合之后，复杂程度并没有增加，而所表示的数值也从原先的10扩大至15，其优势较为显著。

下面以1～10数值为例，将原先砝码组合与优化砝码组合进行对比，具体如表3所示。

利用表3可以看出，如果仅仅表示1～10之内的数值，通过优化后的砝码组合，只需要用三个砝码就能够完整地表示出来，而原先的砝码则需要全部使用才能够表示出来。由此可以看出，优化后的砝码组合优势更加明显[8]。

5 结语

通过上述分析可以得出，虽然天平中砝码组利用原先基准砝码“1、2、2、5”进行组合，也能够将待测物体的质量准确测量出来，但是由于受到一定限制，如果物体质量超出数值组合范围，则实验就不能继续开展下去；通过优化组合，将砝码组的基准砝码调整为“1、2、4、8”，这样一来，不仅扩大了测量数值范围，而且在表示相同数值的时候，优化后的砝码组更加简单。因此，可以根据这一结果，对高中物理实验教学中天平中的砝码组进行优化组合。

虽然一直以来在高中物理中所使用的天平砝码组都是按照“1、2、2、5”进行组合，但这并不代表这种组合方式就是最佳的，学生可以根据具体使用情况，提出相应的改进和优化建议，促进实验教学更好地开展。

参考文献

[1]杨世玲，章勇，杨通锦.新课标下高中物理实验教学对策思考：基于黔东南高中物理实验教学现状的调查研究[J].凯里学院学报，2011，29（3）：35-37.

[2]李贵安，刘婵玉，王较过.高中物理实验教学“云”模式的构建[J].内蒙古师范大学学报：教育科学版，2013，26（6）：153-155.

[3]赵晶，董鑫.检定F2级100g砝码所采用的标准天平示值的不确定度评定[J].品牌与标准化，2014（18）：74-75，78.

[4]孙培强，王凯，陶学军.机械天平加砝码组合误差数据处理[J].中国计量，2012（12）：112-114.

[5]蒋顺中.让实验走近学生：谈高中物理实验教学的改革[J].科学咨询：科技·管理，2014（36）：127-128.

[6]宋继凤.试分析提高高中物理实验教学有效性的策略[J].科技资讯，2015，13（33）：156-157.

[7]王中禹，金礼南.计量检测中天平砝码检定误差原因与控制[J].科技创新与应用，2016（27）：293.

[8]冉龙江.浅析如何提高高中物理实验教学的有效性[J].亚太教育，2015（4）：69.endprint